El violín bajo se desarrolló en Italia en la primera mitad del siglo XVI para tocar en consonancia con el violín y la viola. El primer constructor fue posiblemente Andrea Amati, ya en 1538. La primera referencia específica al instrumento la hizo probablemente Jambe de Fer en su tratado Epitome Musical (1556). Uno de los primeros casos conocidos en los que un compositor pidió explícitamente el violín bajo («basso da brazzo») fue Monteverdi en Orfeo (1607) (el primero fue posiblemente Giovanni Gabrieli en Sacrae symphoniae, 1597).
La viola, o viola da gamba, fue introducida en Italia desde España alrededor de 1490. Antes de la introducción de la viola, no existía ningún instrumento de arco en la región La viola da gamba se tocaba en la posición a gamba (es decir, entre las piernas como un violonchelo, en lugar de debajo de la barbilla como un violín). La viola da gamba era también mucho más grande y, por lo tanto, podía tocar notas mucho más graves que otras violas de Italia en aquella época. Las primeras violas italianas (o «violoni», como se las llamaba a menudo) pronto empezaron a adoptar muchas características de los precursores del violín, como piezas de cola separadas y puentes arqueados que permitían al músico tocar una cuerda a la vez. (Aunque cuadros como «La boda rústica» de Jan Brueghel el Viejo y Jambe de Fer en Epitome Musical sugieren que el violín bajo tenía posiciones de ejecución alternativas, éstas fueron efímeras y la posición a gamba, más práctica y ergonómica, acabó por sustituirlas por completo). Una de las cualidades que, casi con toda seguridad, adoptaron los fabricantes de violines italianos a partir de las primeras violas españolas fue el do de pecho, que pronto estilizaron. En algún momento de principios o mediados del siglo XVI, un fabricante italiano (posiblemente Amati) se propuso crear un violín que se ajustara más, en apariencia, afinación y número de cuerdas, al nuevo violín. A juzgar por las representaciones artísticas de la época, puede tratarse de una evolución algo gradual. Por ejemplo, hay representaciones de instrumentos que parecen ser violines bajos (como el de la obra Gloria de los Ángeles, de Gaudenzio Ferrari, c. 1535), pero que muestran claramente la presencia de trastes. Una vez que la distinción quedó clara, y la forma del violín bajo había cristalizado, los teóricos y compositores comenzaron a referirse al nuevo instrumento como el «basso da viola da braccio», o el primer violín bajo verdadero.
Las innovaciones en el diseño del violín bajo que finalmente dieron lugar al violonchelo moderno se realizaron en el norte de Italia a finales del siglo XVII. Implicaron un cambio a un tipo ligeramente más pequeño y la afinación más alta en C2-G2-D3-A3 (aunque Michael Praetorius ya había informado de esta afinación para el violín bajo en su Syntagma Musicum (c. 1619)). Se ha conjeturado que un centro temprano de estas innovaciones se encontraba en los círculos musicales de Bolonia, y que fue posible gracias a la invención de la nueva técnica de cuerdas compuestas de tripa enrollada con metal. El nuevo tipo encontró su máxima consolidación y estandarización en los trabajos del famoso constructor de violines Antonio Stradivari hacia 1700. Los luthiers redujeron el tamaño de muchos violines bajos existentes para convertirlos en violonchelos. El nuevo tipo, más pequeño, también estuvo vinculado al nuevo nombre de violoncello, una forma hipocorística del antiguo término violone, que significa literalmente «pequeño violone» (es decir, en última instancia, «pequeña gran viola»). El violín bajo siguió siendo el instrumento «más utilizado» de los dos en Inglaterra hasta c.1740, donde el violoncello seguía siendo poco común.